高速數字設計和低速數字設計相比，高速數字設計強調無源電路元件的作用。一些無源元件包括構成數字產品的互連線，電路板，集成電路組件。在低速時，無源電路元件僅是產品包裝的一部份。在高速時它們直接影響電路的性能。

高速數字化的設計研究的是無源電路元件怎樣影響信號的傳播（發射和接收），在信號間相互干擾（串擾） ，和電磁波在空間的相互作用（電磁干擾）。

1 時間和頻率

在低頻時，普通電線可有效地將兩電路短路。在高頻時，僅有寬而平的物體能短路兩個電路。相同的一根導線在低頻情況下能有效地短路電路，而在高頻時這根導線會產生太大的電感以至于它不能用來使電路短路。我們可以用它作為高頻電感線圈但不能作為高頻短路電路。任何數字信號的拐點頻率與它的上升（和下降）時間有關，而與時鐘頻率無關：

Fknee＝數字脈沖大部份能量集中在低于它的頻段內；

Tr＝脈沖上升時間；

上升時間越短， Fknee 越高；上升時間越長， Fknee 越低。任何數字信號的時域的重要特征主要由低于Fknee 的頻譜決定。

當然拐點頻率只是把數字信號的時間和頻率聯系起來，是一種近似估算的方法，它不能精確預料系統的性能，甚至不能精確測定上升的時間。它不能代替完備的邊界分析，也不能預言電磁輻射，電磁輻射的性質取決于頻率遠遠超過拐點頻率的更詳細的頻諧。

2 時間和距離

電信號在導線中或在電路中傳導的速度與周圍的介質有關。傳播延遲通常用米／秒或英寸／皮秒來度量，它是傳播速度的倒數。傳輸線的傳播延遲按周圍介質系數的平方根的比例增加。傳輸線的時間延遲僅指信號傳播過整個線長所用的時間總量。以下等式表示了介電系數、傳播速度、傳播延遲和時間延遲之間的關系：

其中v為傳播速度， C為光速， εr 為介電常數， X為傳輸線長度， PD為傳輸延時， TD為信號在傳輸線上傳播X長度的時間。

布線的幾何尺寸決定了電場是否留在電路板里或者進入到空氣中。當電場存在于板子內部時，有效的電介常數要大一些，而且信號傳播得更慢。密封在兩平面間的布線周圍的電場存留在電路板內，它產生一個有效的介電常數。

。印刷電路板頂層或底層布線的電場一部分存在于空氣中，另一部分存在于FR-4 的材料中，巾此產生了大約1～4.5 的電介質常數。外層PCB 的布線傳播速度比內層的要快。

3 集總系統與分布系統

任何導體系統對于輸入信號的響應很大程度上取決于系統是否比信號中最快電特征的有效長度短， 或正好相反。電特性的有效長度就像上升沿一樣，它取決于特征的持續時間和它的傳播時延。

如果一系統的長度足夠小使得所有的點有相同的電位，則這一系統被稱為集總系統。集總系統中的每一部分的電壓都大致相同。

一個系統被認為是集總系統或分布式系統取決于通過它的信號的上升時間。通常用系統尺寸和上升時間的比值來確定一個系統是集總系統還是分布系統。對于印刷電路板的導線，點對點導線和總線結構， 如果導線比上升沿有效長度的1/6 小， 則電路表現為集總系統。

4 SI基本概念

信號完整性（ SI, Signal Integrity ）主要討論的是信號沿導線傳輸后的質量和時序問題。隨著高速電路的迅速發展，信號完整性問題變得越來越突出，越來越引起關注。在高速系統中，一段導線不僅僅是導體，也己成為具有分布參數的傳輸線。能否處理好系統的信號互連（ PCB布線），解決信號完整性問題，是系統設計成功的關鍵。同時， 信號完整性。也是解決電源完整性（PI) 、電磁兼容與電磁干擾（ EMC/EMI ） 的基礎和前提， 三者之間有著緊密的聯系。通常，需要解決的信號完整性問題包括：

1）反射（ reflection ） ， 由于阻抗不匹配引起。

2）串擾（ crosstalk ） ， 由相鄰信號稍合產生。當信號邊緣速率低于lns 時，串擾問題就不可避免，甚至會引起高頻諧振。

3）） 過沖（ overshoot）和下沖（ undershoot ），過沖與下沖來源于走線過長或者信號變化太快兩方面的原因。

4）振鈴（ ringing ） ，表現為信號反復振蕩，可以通過適當的端接來抑制。

5）地平面反彈噪聲（ ground bounce ） 與同時開關噪聲（SSN ） 。對于高速器件，大量數據總線信號快速翻轉，通過地回路的電流變化導致非理想的地平面。

6）電源分配。對于高速電路來說，控制好電源／地平面的阻抗是系統設計的關鍵。

7）時序問題。對于高速設計，信號的傳播延時、時鐘偏移（ skew ）和抖動等因素足以導致系統無法正確判斷數據。

8）EMI 問題。EMI 包含電磁輻射和抗擾性兩個方面的問題。解決PCB 設計中的EMI 問題是系統EMI 控制中最為重要的環節，成本最低。

信號完整性是指信號在信號線上的質量。信號具有良好的信號完整性是指當在需要的時候，具有所必需達到的電壓電平數值。差的信號完整性不是出某一單一因素導致的，而是板級設計中多種因素共同引起的。主要的信號完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串擾等。